Hydrogen-rich saline attenuates neuronal ischemia-reperfusion injury by protecting mitochondrial function in rats. | 水素生理食塩水はラットのミトコンドリア機能を保護することで、神経細胞の虚血再灌流障害を緩和する
J Surg Res. 2014 May 24. pii: S0022-4804(14)00529-0. doi: 10.1016/j.jss.2014.05.060.
Hydrogen-rich saline attenuates neuronal ischemia-reperfusion injury by protecting mitochondrial function in rats.
Department of Anesthesiology, Affiliated Hospital of Nanjing University of Traditional Chinese Medicine
Abstract
BACKGROUND:
Hydrogen, a popular antioxidant gas, can selectively reduce cytotoxic oxygen radicals and has been found to protect against ischemia-reperfusion (I/R) injury of multiple organs. Acute neuronal death during I/R has been attributed to loss of mitochondrial permeability transition coupled with mitochondrial dysfunction. This study was designed to investigate the potential therapeutic effect of hydrogen-rich saline on neuronal mitochondrial injury from global cerebral I/R in rats.
MATERIALS AND METHODS:
We used a four-vessel occlusion model of global cerebral ischemia and reperfusion, with Sprague-Dawley rats. The rats were divided randomly into six groups (n = 90): sham (group S), I/R (group I/R), normal saline (group NS), atractyloside (group A), hydrogen-rich saline (group H), and hydrogen-rich saline + atractyloside (group HA). In groups H and HA, intraperitoneal hydrogen-rich saline (5 mL/kg) was injected immediately after reperfusion, whereas the equal volume of NS was injected in the other four groups. In groups A and HA, atractyloside (15 μL) was intracerebroventricularly injected 10 min before reperfusion, whereas groups NS and H received equal NS. The mitochondrial permeability transition pore opening and mitochondrial membrane potential were measured by spectrophotometry. Cytochrome c protein expression in the mitochondria and cytoplasm was detected by western blot. The hippocampus mitochondria ultrastructure was examined with transmission electron microscope. The histologic damage in hippocampus was assessed by hematoxylin and eosin staining.
RESULTS:
Hydrogen-rich saline treatment significantly improved the amount of surviving cells (P < 0.05). Furthermore, hydrogen-rich saline not only reduced tissue damage, the degree of mitochondrial swelling, and the loss of mitochondrial membrane potential but also preserved the mitochondrial cytochrome c content (P < 0.05).
CONCLUSIONS:
Our study showed that hydrogen-rich saline was able to attenuate neuronal I/R injury, probably by protecting mitochondrial function in rats.
J Surg Res. 2014 May 24. pii: S0022-4804(14)00529-0. doi: 10.1016/j.jss.2014.05.060.
水素生理食塩水はラットのミトコンドリア機能を保護することで、
神経細胞の虚血再灌流障害を緩和する
南京中医薬大学附属病院 麻酔科
＜要旨＞
背景
抗酸化ガスとして有名な水素は、細胞毒性をもつ酸素ラジカルを選択的に消去することができ、多重臓器における虚血再灌流障害に対して保護効果を持つことが知られています。虚血再灌流時の急性神経細胞死には、ミトコンドリア機能不全と併発したミトコンドリア膜透過性遷移不全が関与しています。そこで本研究では、全脳虚血再灌流モデルラットを用いた神経細胞のミトコンドリア障害に対する水素生理食塩水の治療効果を調べることにしました。
方法
私たちはSDラットに4-vessel occlution法を施した全脳虚血再灌流モデルを実験に用いました。ラットは無作為に下記の6グループ（n=90）に分けられました。Sham（S群）、虚血再灌流（I/R群）、通常生理食塩水（NS群）、アトラクチロシド（A群）、水素生理食塩水（H群）、水素生理食塩水＋アトラクチロシド（HA群）。
H群とHA群では、虚血後速やかに水素生理食塩水（5ml/kg）を腹腔内投与しました。また、ほかの４群は同量の生理食塩水を投与しました。また、A群とHA群では、虚血10分前にアトラクチロシド（15μl）を脳室内投与し、NS群とH群では同量の生理食塩水を与えました。
ミトコンドリアの膜透過性遷移孔開口と膜電位は分光光度計により測定し、ミトコンドリアと細胞質内のチトクロムCタンパク発現はウエスタンブロット法で調べました。また、海馬のミトコンドリアの超微細構造は透過型電子顕微鏡で確認し、海馬の組織障害はHE染色で評価しました。
結果
水素生理食塩水による処置を行うと、生存細胞の数が有意に改善しました（P<0.05）。さらに、水素生理食塩水は組織障害やミトコンドリア膨化、膜電位低下を減らすだけでなく、ミトコンドリア内のチトクロムＣ量も維持しました（P<0.05）。
結論
私たちの研究により、水素生理食塩水がおそらくはミトコンドリアの機能を保護することによって神経細胞の虚血再灌流障害を緩和することができるとわかりました。
＜一言＞
ミトコンドリアの機能が保持されるから、虚血再灌流障害が抑えらえるという論文ですね。虚血再灌流障害では活性酸素が大量に出てきて組織にダメージを与えますが、水素は活性酸素（ヒドロキシラジカル）を消去することができるため、効果があると言われてきました。今回はそれまでの知見に加えて、水素がミトコンドリアの機能を保全することで虚血再灌流に効果を表すとのことです。メカニズムがだんだんとわかってきましたね！
